Визначення фітотоксичності породи за даними аналізу водної витяжки.

Ціль заняття: навчитися працювати з даними стандартного аналізу водної витяжки з ґрунтів або з порід відвала і визначати придатність цих субстратів до біологічної рекультивації.

Тривалість заняття – 4 години.

Для оцінки придатності ґрунтів і порід до біологічної рекультивації необхідно установити вміст у них основних фітотоксичних солей і рівень загальної засоленості. Для цього використовуються дані стандартного аналізу водяної витяжки з досліджуваного зразка породи. Цей аналіз обов'язковий для всіх лужних ґрунтів, а також використовується для оцінки придатності природних і стічних вод до зрошення.

Дані аналізу водяної витяжки з порід відображують вміст аніонів (CO₃⁼, НСО₃^-, SO₄⁼, Cl^-) і катіонів (Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺) у мг/экв на 100 г породи.

Зазначені іони фітотоксичні, якщо входять до складу MgCO₃, Na₂CO₃,

Mg (HCO₃)₂, NaHCO₃, MgSO₄, Na₂SO₄, CaCl₂, MgCl₂, NaCl. Ці ж іони не є фітотоксичними в складі Ca(HCO₃)₂, CaSO₄, CaCO₃.

По вмісту фітотоксичних солей породи поділяються на:

• нетоксичні (менш 0,2 %), придатні до біорекультивації;

• слаботоксичні (0,2-0,8%) , мало- чи умовно придатні;

• токсичні (більш 0,8 %), непридатні.

По загальному змісті водорозчинних солей породи поділяються на :

• незасолені (менш 0,3 %)

• слабозасолені (0,3-1,0 %)

• средньозасолені (1,0-3,0 %)

• сильнозасолені (3,0-7,0%)

• дуже сильно засолені (більш 7,0%).

При визначенні фітотоксичності необхідно установити, у складі якої саме з перерахованих вище солей знаходяться іони і яка їхня кількість. Потім мг/экв токсичних і нетоксичних іонів переводяться в % і сумуються. Процентний вміст токсичних і нетоксичних іонів у сумі є показником загальної засоленості, а сума токсичних іонів – показником фітотоксичності.

У ході розрахунків іони варто зв'язувати в еквівалентних кількостях послідовно, у напрямку від найменш розчинних солей до найбільш розчинних. Порядок розрахунків наступний:

1. Починають з аніонів СО₃⁼, що відразу ж цілком відносять до токсичних. Вони можуть бути зв'язані або з Mg⁺⁺, або з Na⁺ (тому що СаСО₃ нерозчинний й у водну витяжку не переходить). Спочатку CO₃⁼ в еквівалентній кількості зв'язують з Mg⁺⁺ (MgCO₃ менш розчинний, ніж Na₂CO₃). Залишок СО₃⁼ (якщо мг/екв СО₃⁼ більше, ніж мг/екв Mg⁺⁺) зв'язують з Na⁺. Всі отримані значення відносять до токсичних іонів (CO₃⁼, Mg⁺⁺,Na⁺). Аніон CO₃⁼ витрачений.

2. Обчислюють вміст бікарбонатів. Якщо мг/екв кальцію у витяжці більше, ніж мг/екв HCO₃ , то весь HCO₃ зв'язують із Са⁺⁺. Утворений Са(НСО₃)₂ – нефітотоксична сіль, тому витрачені кількості Са⁺⁺ і НСО₃ відносять до нетоксичних іонів. Якщо у витяжці аніонів НСО₃ більше, ніж Сa⁺⁺, то залишок НСО₃ спочатку зв'язують з Mg⁺⁺, потім з Na⁺. Солі Mg(HCO₃)₂ та NaHCO₃ дуже токсичні, їхній вміст записують у графу «токсичні іони». Аніон НСО₃ витрачений.

3. Далі аніони SO₄⁼ аналогічним образом зв'язують із Са⁺⁺ (якщо він ще не витрачений), потім з Mg⁺⁺ та Na⁺. Отримані значення записують, з огляду на те, що СаSО₄ нефітотоксичний, на відміну від MgSO₄ і Na₂SO₄. Аніон SO₄⁼ витрачений.

4. Іони Cl у складі всіх солей фітотоксичні. Їх зв'язують послідовно із Са⁺⁺, Мg⁺⁺ (якщо такі ще не витрачені), і, нарешті, з Na⁺.

Після цього всі іони повинні бути витрачені.

Щоб перевести мг/екв іона в %, слід вміст іона, виражений у мг/екв, помножити на 1/1000 хімічного еквівалента цього іона (х.е./1000). Значення х.э./1000 наведені в табл.5.

Таблиця 5

Значення х.е./1000 деяких елементів

іон	CO3=	НСО3	SO4=	Сl	Сa++	Mg++	Na+
х.е./1000	0,030	0,061	0,048	0,035	0,020	0,012	0,023

Отримані значення (%) вносять у таблицю. Вміст токсичних і нетоксичних іонів сумується. Вміст фітотоксичних іонів і загальну засоленість зіставляють із приведеними вище критеріями. Характер засоленості визначають по домінуючим аніонам і катіонам.

Приклад. У водяній витяжці з 100 г породи присутні іони (у мг/екв)

CO₃⁼ HCO₃ Cl SO₄⁼ Ca⁺⁺ Mg⁺⁺ Na⁺

0,16 1,00 10,95 22,34 2,94 4,18 27,33

Визначити рівень фітотоксичності і загальної засоленості. Указати характер засоленості і придатність породи до біологічної рекультивації.

Рішення.

1. Всі іони CO₃⁼(0,16 мг/екв) токсичні. Т.к. вміст Mg⁺⁺ перевищує вміст CO₃⁼, те весь Mg⁺⁺ буде в складі солі MgCO₃, на що витратиться його еквівалентна кількість – 0,16 мг/екв. У графу «токсичні іони» записуємо: Mg⁺⁺ - 0,16 мг/екв, CO₃⁼- 0,16 мг/екв. CO₃⁼ витрачений. Залишок Mg⁺⁺: 4,18 - 0,16=4,02 (мг/екв).

2. Аніони HCO₃ зв'язуємо із Са⁺⁺, притім цілком, тому що кальцію більше, ніж бікарбонатів. 1,00 мг/екв HCO₃ і 1,00 мг/екв Са⁺⁺ відносимо до нетоксичних іонів. HCO₃ витрачений. Залишок Са⁺⁺: 2,94-1,00=1,94 (мг/екв).

3. Аніони SO₄⁼ спочатку зв'язуємо з залишком Са⁺⁺. На утворення СаSO₄ іде по 1,94 мг/екв Са⁺⁺ і SO₄⁼. Ці іони відносимо до нетоксичним. Тепер весь Са⁺⁺ витрачений. Залишок SO₄⁼: 22,34-1,94=20,40 (мг/екв).

4. Невитраченими залишилися SO₄⁼, Cl , Mg⁺⁺, Na⁺. Найменш розчинною з можливих у цьому випадку солей буде фітотоксичний MgSO₄, тому в першу чергу зв'язуємо залишок Mg⁺⁺ (4,02мг/екв) з SO₄⁼ (4,02 мг/екв). Mg⁺⁺ витрачений. Залишок SO₄⁼: 20,40-4,02=16,38 (мг/екв).

5. Усі катіони, крім Na⁺, уже зв'язані. Виходить, залишок SO₄⁼ (16,38 мг/екв) входить до складу фітотоксичної солі Na₂SO₄ цілком, зв'язуючи 16,38 мг/екв Na⁺. SO₄⁼ витрачений. Залишок Na⁺: 27,33-16,38=10,95 (мг/екв)

6. Вміст Сl еквівалентний вмісту залишку Na⁺ (по 10,95 мг/екв). NaCl - фітотоксична сіль, тому весь Cl і залишок Na⁺ відносимо до токсичних іонів.

Далі вміст кожного з іонів підсумовуємо. Мг/екв переводимо в %, множачи їх на відповідні перерахункові коефіцієнти (табл.5). Дані оформляємо у виді таблиці 6.

Таблиця 6

Вміст токсичних і нетоксичних іонів у зразку породи (чисельник – мг/екв. на 100 г, знаменник - % від маси породи)

іон солі	CO3=	НСО3	SO4=	Сl	Сa++	Mg++	Na+
Токсичні	0,16 0,0048	- -	20,40 0,979	10,95 0,383	- -	4,18 0,051	27,33 0,629
Нетоксичні	- -	1,00 0,061	1,94 0,093	- -	2,94 0,060	- -	- -

Сумарний вміст усіх токсичних іонів складає 2,05%, нетоксичних – 0,21%. Загальна засоленість, таким чином, складає 2,05+0,21=2,26 (%), тобто порода відноситься до среднезасолених, але дуже токсичних для рослин. Характер засоленості: сульфатно-хлоридный, натрієвий.

Відповідь: аналізована порода відноситься до среднезасолених (2,26%), токсичних (2,05%). Характер засолення – сульфатно-хлоридний натрієвий. Для біологічної рекультивації порода непридатна.

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ 8